اكتشاف لب الأرض و وشاحها - Earths Core and Mantle

سنة الاكتشاف: 1914م

ما هو هذا الاكتشاف؟

• تتكون الأرض من طبقات، لكل منها كثافتها و حرارتها وتركيبتها المختلفة

من هو مكتشف اللب والوشاح للأرض ؟

• بينو غوتنبرغ Beno Gutenberg

لماذا يعد هذا الاكتشاف ضمن المائة العظمى للاكتشافات؟

من المستحيل أن ترى أو تخاطر أو حتى ترسل مجسات لأكثر من أميال قليلة تحت سطح الأرض. تكاد المسافة التي تربو لأربعة آلاف میل من سطح الأرض لمركزها أن تكون بعيدة كلياً عن متناول البشر. ومع ذلك، لم يكن بمقدور العلماء فهم كوكبنا وتكونه دون إمتلاكهم لمعرفة دقيقة بذاك الباطن الخفي.

قدم بينو غوتنبرغ أول تعليل منطقي لباطن كوكب الأرض. فإكتشافه أثبت بأن الأرض ليست كوكباً متجانساً صلداً، ولكن مقسمة إلى طبقات. كان غوتنبرغ أول من قدر لحرارة لب الأرض وخواصه الفيزيائية تقديراً صحيحاً. تعتبر اكتشافاته من الأهمية بحيث عادة ما يعد صاحبها أباً لعلم فيزياء الأرض (الجيوفيزياء).

كيف جاء اكتشاف اللب والوشاح؟

من مواليد عام 1889م بمدينة دارمشات بألمانيا، شغف بينوغوتنبرغ Beno Gutenberg بالعلم منذ طفولته ولطالما أدرك بأنه سيصبح راصداً جوياً في المستقبل. ومع البدء بثاني عام له في دراسته الجامعية لعلم الأرصاد الجوية عام 1907م، شاهد إعلان يصرح بتشكيل فرع بالعلم الجديد المسمى فيزياء الأرض (جيوفيزياء) في جامعة غوتنغن.

راقت لغوتنبرغ فكرة تشكيل فرع بعلم جديد بالكامل. فإنتقل للدراسة بجامعة غوتنغن، وأثناء تخصصه في علم الأرصاد الجوية، درس تحت إشراف إميل ويخيرت Emil Wiechert، أحد رواد العلم الناشيء المعروف بعلم الزلازل (السيسمولوجي)- علم دراسة الموجات الناجمة عن الزلازل والهزات الأرضية.

حين تخرجه عام 1913م، كان غوتنبرغ قد تحول من علم الأرصاد الجوية (دراسة الجو) إلى علم فيزياء الأرض (دراسة باطن الأرض). لقد كان ذلك مثالاً على التواجد في المكان المناسب بالوقت المناسب.

كانت بمتناول يد غوتنبرغ جميع بيانات ويخيرت ودراساته، المجموعة الأكثر اتساعاً وشمولاً للبيانات الزلزالية بالعالم. كان ويخيرت قد ركّز على جمع البيانات، أما غوتنبرغ فقد ركّز على دراسة أنماط هذه البيانات.

وجد غوتنبرغ بأنه، نموذجياًً، لم تكن الموجات الزلزالية تصل جميع أجزاء سطح الأرض، حتى عندما كانت الهزات قوية بدرجة كافية لتقاس في كل مكان. لقد تواجدت دوماً منطقة ظل shadow zone إمتدت على نحو مستقیم تقريباً من مكان الحدث عبر الكرة الأرضية، خلت تماماً من أية موجات زلزالية.

كما لاحظ بأن الموجات الزلزالية تبدو وكأنها تنتقل بسرع مختلفة على مسارات مختلفة عبر الأرض. كل هذا جعل من غوتنبرغ يعتقد بأن باطن الأرض ليس كتلة صلدة متجانسة، بل يجب أن يمتلك بضع طبقات أو مناطق منفصلة.

استقر غوتنبرغ على تصوير الأرض كالبيضة، فسطح الأرض رقيق وهش كقشرة البيضة، مع لب (كصفار البيضة) أكثر كثافة من الوشاح المحيط ( كبياض البيضة).

لو افترضنا بصحة هذا التصوير، فإن الموجات الزلزالية المتجهة نحو اللب ستغير من سرعتها وستحيد (تنثني نظراً لاختلاف الكثافة بين الطبقتين. أحد أنواع الموجات الزلزالية التي درسها غوتنبرغ كان ما يسمى  transverse waves أو «الموجات المستعرضة». لم تكن هذه الموجات لتدخل اللب بتاتاً. من معرفته بأن الموجات المستعرضة تتشتت سريعاً في المحيط السائل، من غوتنبرغ أن يكون لب الأرض سائلاً هو الآخر.

كان غوتنبرغ يمتلك بيانات كافية عن درجات الحيود المسجلة لما يكفي من الموجات الزلزالية لحساب الكبر والكثافة المفروضين للب حتى يخلق أنماط الحيود التي سجّلها علماء الزلازل. إن للب الأرض، قال غوتنبرغ، قطراً يساوي 2100 میلاً.

بناء على هذه الحسابات وتجارب كيميائية أجراها في أوائل عام 1914م والتركيب الكيميائي المقاس للنيازك، قدر غوتنبرغ أن اللب كان خليطاً سائلاً من النيكل والحديد، بينما تكون الوشاح من مادة صخرية.

تم القبول بنموذج غوتنبرغ على الفور ولم يعدل عليه لحين عام 1938م. ففي ذلك العام، أتمت إينغ ليمان Inge Lehman دراسة مفصلة عن موجات «P» (نوع آخر من الموجات الزلزالية) وبمعدات أكثر تطوراً بكثير من تلك المستعملة عام 1914م. أظهر بحثها أن لب الأرض مقسم إلى لب داخلي صلب وآخر خارجي سائل، كما قسّمت الوشاح أيضاً إلى غلاف داخلي و آخر خارجي.             

لقد أكمل هذا الاكتشاف صورتنا الأصلية عن باطن کو کبنا الأم.